Фотоэлемент с призмой побил мировой рекорд КПД для солнечных батарей

    image

    Инженеры из Австралийского центра передовой фотовольтаики при Университете Нового Южного Уэльса сообщили о значительном прогрессе в увеличении эффективности солнечных панелей. Созданная ими конструкция обладает рекордной эффективностью в 34,5% — это примерно в два раза больше коммерчески доступных панелей, и уже приближается к теоретическому максимуму.

    image

    Рекордный показатель для панелей, не использующих фокусирующие линзы (то есть, таких, какие обычно используются в домашнем хозяйстве), достигается при помощи призмы, к одной из граней которой присоединён фотоэлемент. В эксперименте использовался элемент площадью 28 кв.см. Предыдущий рекорд в 24% эффективности был достигнут на гораздо большем по площади фотоэлементе (800 кв.см.). Данные были подтверждены независимыми экспертами из американской лаборатории возобновляемой энергии (USNREL).

    image

    Материал прозрачной призмы разделяет входящий свет на четыре диапазона длин волн, каждый из которых эффективно преобразовывается в электричество. Материал обладает большой прозрачностью, а форма призмы позволяет удерживать попавший в неё свет, минимизируя утечки энергии.

    image

    К сожалению, до использования подобных элементов на крышах домов ещё пока далеко: лабораторный образец, служащий пока доказательством работоспособности концепции, обошёлся в $3000. Для экспериментальной технологии это немного, но должно пройти время, пока инженеры разработают процессы для промышленного производства элементов по доступной себестоимости.

    Один из инженеров проекта, Марк Киверс [Mark Keevers], говорит, что коммерческое применение новая технология сможет найти лет через десять. Разработчики пообещали улучшать показатели своей конструкции, увеличивая эффективность и уменьшая стоимость.
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 32

      +2
      Потом призму сделают пластиковой и малогабаритной (микропризму), и пойдет в дело.
        0
        Напоминает концентратор «изобретённый» и запатентованный новосибирским учёным несколько лет назад, года четыре или пять назад. Вот только он со своей разработкой долго и долго ничего не делал — гоняясь только лишь за международными патентами и сейчас про него давно ничего не слышно.

        Может быть они в одном направлении работуют?
        0
        То есть люди мучаются изобретают просветляющие покрытия для кремния, а тут решили налепить призму и отразить обратно в кремний, отражённый от кремния луч?, вопрос что дешевле? тонкая плёнка с использованием рутения/скандия/гольмия, или кусок стекла.
          0
          Чуть хитрее. Там два солнечных элемента: один кремниевый (на видимый и ИК до 1 мкм), второй германиевый или InGaAs/InGaP (дальше 1 мкм). Покрытие на нижней грани призмы отражает свет до 1 микрона на Si детектор и пропускает все остальное на германиевый. В результате излучение разных спектральных диапазонов используется более эффективно.
            +2
            Получается проще тупо взять больше классических фотоэлементов и фиг с ним с кпд, если конечно нет жёсткого ограничения на площадь конструкции.
              +1
              Так и делают иногда. Некоторые недавно построенные крупные солнечные электростанции(например в США) вообще используют панели с КПД всего 9-12%, хотя когда они строились в продаже уже были серийные промышленные монокристаллические с КПД в 20-21%.

              Просто посчитали экономику и решили, что поставить не слишком эффективные, но зато очень дешевые пленочные панели будет несколько выгоднее, чем эффективные но более дорогие монокристаллические. Площадь правда пришлось почти в 2 раза больше использовать, но земля была крайне дешевая — в полупустыне строят, на земле которая ни для чего полезного не используется и которой еще очень много.
              0
              Кремний, как мне известно, в такой технологии не используются, там идут структуры А3В5. Такая «бутербродная» технология используется преимущественно в космосе т.к. очень дорогая и может достигать КПД в 60%. В бытовой сфере используется кремний (преимущественно поликремний, хотя моно лучше) с КПД ~25%
            +9
            А с чем связан теоретический максимум добычи электроэнергии фотоэлементами?
              0
              С солнечной постоянной? Или вы про %?
                +1
                % — «Созданная ими конструкция обладает рекордной эффективностью в 34,5% — это примерно в два раза больше коммерчески доступных панелей, и уже приближается к теоретическому максимуму.»

                0
                И заодно дополню.

                А какой предел вообще?
                  0
                  в теории думаю что около 100%.
                    0
                    Думаю, что поменьше. Не весь диапазон солнечного излучения может преобразоваться фотоэлементом в электричество :)
                      +1
                      https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell#Efficiency

                      Single p–n junction crystalline silicon devices are now approaching the theoretical limiting power efficiency of 33.7%

                      https://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle#Thermodynamisches_Limit_II

                      т.е. теоретически где то 85% если использовать для каждой длины волны свой pn переход, а для одного перехода макс 41%:

                      https://de.wikipedia.org/wiki/Shockley-Queisser-Grenze

                      0
                      Мощность солнечных панелей принято измерять при освещении порядка 1000 Вт\м.кв. И с одного квадратного метра панелей собирают 120-150 Вт электрической мощности. Помимо видимого спектра еще идет ультрафиолет и инфракрасные лучи, поэтому далеко не вся мощность преобразуется в электрическую. Кроме того, при росте температуры кремниевых пластин их КПД падает. Действует и обратное правило: при снижении температуры КПД возрастает. Именно поэтому при расчете солнечной электростанции выбирают контроллер с запасом минимум в 20%, так как при ярком солнце зимой выработка может составить до 120% от заявленной на панели.
                        +1
                        Да ладно.
                        12 Квт панелей на 10 Квт интверторе. 92,1 Квт×час

                        10 Квт панелей на 10 Квт инверторе. 78,3 Квт×час


                        Увеличение панелей на 20% увеличило выработку на 17,6%. Не такие и большие потери при 20% перегрузке.
                        Сколько бы мы могли получить с 10 Квт панелей, поставив более мощный инвертор? 80 вместо 78,3? И это только в первый год, дальше мощность панелей упадёт, и не получим вобще никакого выиграша. Стоит ли оно того? Инверторы не бесплатные, может выгоднее больше панелей (и инверторов к ним) купить на эти деньги, ну или пива.
                          0
                          Инвертор — суть преобразователь. Энергию полученную от солнечных панелей сохраняет в аккумуляторах солнечный контроллер. А уже из аккумуляторов инвертор преобразует постоянный ток в переменный и поднимает до 220В непосредственно инвертор. Итак, нужно 4 элемента для работы солнечной системы: солнечные батареи, солнечный контроллер, аккумуляторы, инвертор.
                          Есть более простые системы, в которых используется grid-tie солнечный контроллер, который энергию от солнечных панелей преобразует сразу в АС 220В. Но для работы ему необходимо опорное напряжение, то есть сеть уже должна быть. Как только внешняя сеть отключается, солнечные панели превращаются в тыкву украшение. Кроме того, энергосистема так устроена, что как только мощность выдачи панелей превышает потребляемую в доме, энергия от солнечных панелей начнет уходить в общие электросети. Это хорошо в Германии и прочих странах Европы, где государство покупает «Зеленую» энергию по хорошим тарифам. В РФ и странах СНГ за отданную в сеть энергию счетчик будет крутить так же, как будто вы не отдаете, а потребляете электроэнергию — просто у нас счетчики считают энергию по модулю.
                          Для того, чтобы использовать энергию по максимуму и не платить за то, что может утечь в сеть, надо использовать гибридные инверторы. Если интересно, я написал цикл статей о солнечной энергетике — добро пожаловать.
                    +1
                    Перчатки с ворсом, как же так. Где латекс?
                      +3
                      Латкес может следы оставить. С оптикой работают в матерчатых перчатках.
                        0
                        латекс/нитрил царапает оптику
                        0
                        У Санпавера КПД панелей 22,2% (SPR-X22-360), КПД ячеек, думаю, около 24(По Х22 информации нету, но стандартно КПД панелей на 1,7-1,8% ниже чем КПД ячеек). 34,5 это никак не почти вдвое больше чем 24.
                          0
                          простите
                          Лунная призма, дай мне силу!

                          image
                            –1
                            Фактически за счёт призмы выполнили ту же работу, что делают линзы — подали на пластину свет интенсивностью больше естественного. А потом пересчитали эффективность по естественному уровню.
                            Собственно, и — всё? А, нет, нужно ещё найти контролёра, непременно из «лаборатории возобновляемой энергии», это гарантирует беспристрастность.
                              0
                              С помощью призмы разделили поток света на два эффективных диапазона для последующего преобразования, и увеличили суммарную площадь преобразующих элементов при той-же площади панели в целом.
                              Навскидку суммарная площадь двух элементов увеличилась примерно в полтора раза относительно источника света, увеличился выход электричества примерно в те-же 1,5 раза.
                                0
                                Там нет того, что Вы описываете. Смотрите сами — за счёт внутреннего отражения на панель (вертикальная стенка) отражается всё, что падает на гипотенузную стенку. Собственно, и всё. Банальная концентрация света.
                                  0
                                  На коротком катете расположен кремниевый элемент (Si), на гипотенузе Германиевый (Ge) или GalnP/GalnAs (может в куче все «GalnP/GalnAs/Ge»). Свет на кремниевый элемент концентрируется через отражение фильтрующей пленкой с гипотенузы, все остальное падает на германиевый.
                                  Предполагаю что кремний лучше преобразует небольшой диапазон излучения, а германию не критично что у него отжали часть спектра.
                                    0
                                    Да, mea culpa. Но и с этой точки зрения — всяко нужно уточнять, относительно площадь чего считают. Фактически увеличивают площадь панелей (и, соответственно, стоимость). Эффективность использования занимаемой площади за счёт перехода к объёму?
                                      0
                                      тут ещё интересно оценить кпд с точки зрения реального использования, призма очевидно не работает для света падающим под острым углом, да и в северных странах снег может давать 360 градусов существенного светового потока.
                              0
                              Почему 34.5% является близким к теоретическому максимуму?
                              Сразу же после статьи в блоке похожих публикаций заголовок статьи, где пишут про КПД до 80%.

                              Может кто то объяснить какие цифры на самом деле реальны?
                                0

                                Может, считают КПД по-разному? Например, одни за 100% берут полную энергию солнечных лучей, а другие только из тех диапазонов, которые можно преобразовать в электричество. Тогда у первых КПД получится ниже.

                                  +2
                                  https://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle#Thermodynamisches_Limit_II

                                  Термодинамический теоретический лимит вообще — 85%

                                  https://de.wikipedia.org/wiki/Shockley-Queisser-Grenze

                                  Теоретический лимит для батареи с одним pn-переходом — 41%
                                    0
                                    Ну тогда тут некорректное все-таки высказывание про приближение к теоретическому пределу. Тут кроме призмы еще и 2 pn перехода из разных материалов. А для 2х компонентных 34.5% это не так уж много.

                                    У нас (Россия, Санкт-Петербург) уже давно подобные делали с КПД в районе 40% с несколькими переходами без всяких призм. Просто верхний слой полупрозрачный в том диапазоне излучения в котором работает нижний.
                                    Правда несмотря на такой отличный КПД, они получались дорогими и по экономическим показателям проигрывали обычным батареями c КПД до 20%, но зато дешевым. Кроме случаев когда крайне важно снизить занимаемую площадь.
                                    Не знаю живо ли производство сейчас, давно не слышно — скорее всего не выдержало конкуренции с более простыми и дешевыми технологиями.

                                Only users with full accounts can post comments. Log in, please.